בעת ערבוב חומר פרטני, סדר בין הפרעות

My October Empties - What Is In My Trash? (יוני 2019).

Anonim

ערבוב נוזלים הוא קל, או לפחות להבין מדעית: ירידה של צבעי מזון יהיה בסופו של דבר לערבב לתוך כוס מים באמצעות דיפוזיה, ואת הבקבוק של שמנת ניתן לערבב לתוך קפה עם כפית דרך מה שנקרא ערבוב סוער.

אבל מה אם החומר יש את המאפיינים של נוזלים ומוצקים, וזה המקרה של חומרים כמו בטון, צבע, חול? קראו חומרי לחץ תשואה, תערובות אלה יכולים גם לזרום כמו נוזלים להישאר כמו מוצקים.

הבנת איך לערבב חומרים אלה יש השלכות על תעשיות כגון תרופות, ייצור בטון, אבל עדיין מעט ידוע על איך לשלב אותם בצורה הטובה ביותר.

בנייר חדש בטבע תקשורת, פרופסורים נורת 'ווסטרן ההנדסה למצוא כי ערבוב חומרי הלחץ התשואה יוצר גם אזורים מעורבים ולא מעורבים, מתן התחלה בסיסית להבנה הטובה ביותר לעצב פרוטוקולים ערבוב. חוליו מ 'אוטינו, פול אומבנהאואר וריצ'רד לואפטוב שימשו כמחברי המאמר.

"היסודות התיאורטיים של זרימת חומר גרעיני עדיין לא הושלמו לחלוטין", אמר אוטינו, וולטר פ. מרפי פרופסור לכימיה וביולוגיה בהנדסה. "מצאנו התמדה מופלאה של הסדר בתוך כאוס".

השאלה היתה עד כמה חומר גרגירי יכול להיות מעורב במערכת בסיסית: כוס כדורית. האם החומר יתערבב כמו מוצק, באמצעות שיטת "גזירה ו-דשדוש" הדומה לסיפון קלפים? או שמא הוא יתערבב כמו נוזל צמיג, כמו דבש, בדפוס "מתוח וקפל"?

כדי לבחון את הרעיון הזה, החוקרים מילאו חצי כוס כדורית עם חרוזי זכוכית בגודל 2 מ"מ. כאשר סובב, את השכבה העליונה של חרוזים זרמו כמו נוזל למטה לתחתית הכדור, בעוד חרוזים אחרים נותרו במקום, כמו מוצק.

אבל החוקרים לערבב את החרוזים על ידי סיבוב כוס לאורך צירים שונים. כדי לעקוב אחר כמה טוב חרוזים מעורבים, הם הניחו 4 מ"מ חלקיק נותב בפנים ולאחר מכן רץ את הסיבובים שוב ושוב, לפעמים עד 500 פעמים, ולקח תמונות רנטגן של כדור לראות איפה החלקיק נותב בסופו של דבר.

למרות שניסו מספר פרוטוקולים סיבוביים שונים, החוקרים מצאו כי היו בהכרח אזורים מעורבים ואזורים שלא התערבבו. זה היה תוצאה של יחסי הגומלין בין שתי שיטות ערבוב, חיתוך ו-דשדוש ומתחה וקיפול.

"אף על פי שהחומר מתנועע לעתים קרובות בחריצים בצורה זו של גזירה ודחיסה, כל אותם טריזים עושים זה לזוז ביחד", אמר אומבנהאואר, פרופסור להנדסת מכונות. "יש אזורים שמעולם לא מעורבים".

הבנת תפיסה זו עשויה להוביל לתובנות במקומות מעניינים ולא צפויים, כגון "לוטו חג המולד הספרדי", שבו כ -100 אלף כדורי עץ קטנים עם מספרי כרטיסים ייחודיים נופלים בכדור אחד, בעוד 1, 807 כדורים עם פרסים נפלטים באחרת. במהלך השרטוט, כדור אחד פרס ומספר כרטיס אחד מקושרים מכל כדור עד כדור הכדורגל ריק. אבל אם הכוס כוללת אזורים מעורבים ואזורים שאינם, המיקום הראשוני של הכדור בכוס הופך להיות גורם גדול אם זה ייבחר.

"יש ציפייה אקראית, אבל התוצאות שלנו מראות כי זה לא המקרה", אמר אוטינו.

החוקרים מקווים לערוך מחקרים עתידיים על מנת להראות כיצד ניתן ליישם מידע זה בחומרים שונים.

"זה נותן לנו כלי חדש לגמרי כדי להבין מה מערבב ומה לא לערבב, " אמר Umbanhowar. "תוצאות אלו יכולות לשמש בסופו של דבר ככלי תכנון".

menu
menu